JP2011102609A - Electric actuator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric actuator capable of reliably executing the fully-closed or fully-opened operation of a valve in emergency, and reducing facility cost. <P>SOLUTION: The electric actuator includes a control unit 22 and an electric storage device 14. The control unit 22 measures the accumulated energy amount in the electric storage device 14, and determines whether or not the measured accumulated energy amount has the energy amount capable of fully closing or opening a valve from the opening position of the valve based on the opening command value. If the measured accumulated energy does not have the energy capable of fully closing or opening the valve, the valve opening position is controlled while the position for fully closing or opening the valve is defined as the upper limit position in the opening direction or the closing direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動アクチュエータに係り、特に、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転バルブなどに搭載され、バルブの弁体を電動により開閉動作させる電動アクチュエータに関する。   The present invention relates to an electric actuator, and more particularly to an electric actuator that is mounted on a rotary valve such as a ball valve or a butterfly valve and that electrically opens and closes the valve body of the valve.

従来から、回転バルブなどを電動により回転制御する電動アクチュエータが多く用いられており、この電動アクチュエータは、電動モータを回転駆動させて歯車伝達機構を介してバルブの開閉軸を回転動作させることにより、バルブの開閉動作を行うようになっている。   Conventionally, many electric actuators that control rotation of a rotary valve and the like by electric are used, and this electric actuator rotates an electric motor to rotate an opening / closing shaft of a valve via a gear transmission mechanism. The valve opens and closes.

そして、このような電動アクチュエータにおいては、例えば、停電時などの緊急時に、システムを保護するためにバルブを全閉または全開にすることが要求されている。このように緊急時のバルブの全閉または全開動作を行うために、従来から、スプリングを用いて、緊急時における開閉動作を行う技術があるが、緊急開閉時に騒音が発生してしまうという問題を有している。しかも、スプリングを巻き上げるための大きなモータが必要であるという問題を有している。   In such an electric actuator, for example, in an emergency such as a power failure, it is required to fully close or fully open the valve in order to protect the system. In order to perform the full-close or full-open operation of the valve in an emergency in this way, there is a conventional technique for performing an open / close operation in an emergency using a spring, but there is a problem that noise is generated during an emergency open / close. Have. In addition, there is a problem that a large motor for winding the spring is required.

そのため、従来から、電動モータを駆動するために蓄電装置を搭載し、緊急時に蓄電装置の電力により電動モータの全閉または全開動作を行わせるようにした技術が開示されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。   Therefore, conventionally, a technology has been disclosed in which a power storage device is mounted to drive an electric motor, and the electric motor is fully closed or fully opened by electric power of the power storage device in an emergency (for example, Patent Literature 1 and Patent Document 2).

特開2008−089109号公報JP 2008-089109 A 実用新案登録第3138531号公報Utility Model Registration No. 3138531

しかしながら、前記従来の技術においては、電源投入直後などのように蓄電装置の蓄電エネルギ量が少ない場合、開度指令値に基づいて蓄電エネルギで動作できる開度範囲より大きい開度でバルブを開いた場合に、電源の供給が絶たれるとバルブを完全に閉じることができないという問題を有している。このことは、充電速度を高めることにより、より早く遮断用蓄電エネルギを蓄えることは可能であるが、充電電流を高く設定する必要があり、電動アクチュエータや電動アクチュエータへの給電設備コストが高くなってしまうという問題を有している。   However, in the conventional technique, when the amount of energy stored in the power storage device is small, such as immediately after the power is turned on, the valve is opened with an opening larger than the opening range that can be operated with the stored energy based on the opening command value. In some cases, the valve cannot be completely closed when the power supply is cut off. This means that it is possible to store energy for shutoff earlier by increasing the charging speed, but it is necessary to set the charging current higher, which increases the cost of the electric actuator and the power supply equipment for the electric actuator. Have the problem of

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、緊急時に確実にバルブを全閉または全開動作させることができ、設備コストも低減させることのできる電動アクチュエータを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an electric actuator that can reliably fully close or fully open a valve in an emergency and can reduce equipment costs. It is.

前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明に係る電動アクチュエータは、開度指令値およびバルブの開度位置に応じて電動モータを回転駆動して前記開度指令値に対応した開度にバルブを開閉動作する制御装置と、
前記電動モータを回転駆動するための電力を供給する蓄電装置と、を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電エネルギ量を計測し、計測された蓄電エネルギ量が開度指令値に基づいて前記バルブの開度位置からバルブを全閉または全開できるだけのエネルギ量を有しているか否か判定し、全閉または全開できるだけのエネルギ量を有していない場合は、バルブを全閉または全開にできる位置を開方向または閉方向の上限位置として、前記バルブ開度位置の制御を行うものであることを特徴とする。
In order to achieve the object, the electric actuator according to the first aspect of the present invention provides an opening corresponding to the opening command value by rotationally driving the electric motor in accordance with the opening command value and the opening position of the valve. A control device that opens and closes the valve;
A power storage device for supplying electric power for rotationally driving the electric motor,
The control device measures the amount of stored energy of the power storage device, and the measured amount of stored energy has an energy amount that can fully close or fully open the valve from the opening position of the valve based on the opening command value. If the amount of energy is not enough to be fully closed or fully opened, the valve opening position is controlled by setting the position where the valve can be fully closed or fully opened as the upper limit position in the opening direction or the closing direction. It is characterized by performing.

請求項2に係る発明は、請求項1において、前記蓄電装置は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the power storage device is an electric double layer capacitor.

請求項3に係る発明は、前記電動モータを収容し前記バルブが装着される本体に対して、前記制御装置と前記蓄電装置を収容する制御ケースを着脱自在に設けたことを特徴とする。   The invention according to claim 3 is characterized in that a control case for housing the control device and the power storage device is detachably provided to a main body that houses the electric motor and to which the valve is mounted.

請求項1に係る発明によれば、制御装置により、蓄電装置の蓄電エネルギ量を計測し、計測された蓄電エネルギ量が開度指令値に基づいてバルブの開度位置からバルブを全閉または全開できるだけのエネルギ量を有しているか否か判定し、全閉または全開できるだけのエネルギ量を有していない場合は、バルブを全閉または全開にできる位置を開方向または閉方向の上限位置として、バルブ開度位置の制御を行うようにしているので、停電などの緊急時に蓄電装置の蓄電エネルギにより、電動モータを駆動して確実にバルブを全閉または全開動作させることができる。しかも、蓄電装置の高電流化などが不要であり、設備コストの低減を図ることができる。また、蓄電装置の蓄電エネルギ量がバルブが開度指令値に基づいて開度位置から全閉または全開できるだけのエネルギ量を有していない場合であっても、再度の停電などの緊急時にも確実に全閉または全開動作が可能な状態を確保しつつ、電源復帰時には、直ちにバルブの開閉制御をわずかずつでも開始することができ、給水設備などのライフラインの早期復旧を行うことができる。   According to the first aspect of the present invention, the control device measures the stored energy amount of the power storage device, and the measured stored energy amount is fully closed or fully opened from the valve opening position based on the opening command value. It is determined whether or not it has enough energy, and if it does not have enough energy to fully close or fully open, the position where the valve can be fully closed or fully opened is the upper limit position in the opening direction or closing direction, Since the valve opening position is controlled, the electric motor can be driven by the stored energy of the power storage device in an emergency such as a power failure so that the valve can be fully closed or fully opened. In addition, it is not necessary to increase the current of the power storage device, and the equipment cost can be reduced. In addition, even if the energy storage energy amount of the power storage device does not have enough energy for the valve to be fully closed or fully opened from the opening position based on the opening command value, it is ensured even in the event of an emergency such as a power failure again In addition, it is possible to immediately start valve opening / closing control little by little at the time of power recovery while ensuring a state in which the fully closed or fully open operation is possible, and early recovery of a lifeline such as a water supply facility can be performed.

請求項2に係る発明によれば、蓄電装置を電気二重層キャパシタとしているので、蓄電エネルギ量が0となった場合でも、充放電性能が低下してしまうことがなく、効率のよい蓄電を行うことができる。   According to the second aspect of the present invention, since the power storage device is an electric double layer capacitor, even when the amount of stored energy becomes 0, charge / discharge performance is not deteriorated and efficient power storage is performed. be able to.

請求項3に係る発明によれば、電動モータを収容しバルブが装着される本体に対して、制御装置と蓄電装置を収容する制御ケースを着脱自在に設けるようにしているので、本体に制御ケースを装着するだけで、従前の電動アクチュエータを利用して本発明の制御を行うことが可能となり、電動アクチュエータ自体の設計変更が不要となる。   According to the invention of claim 3, since the control case for accommodating the control device and the power storage device is detachably provided to the main body that houses the electric motor and the valve is mounted, the control case is provided in the main body. It is possible to perform control of the present invention by using a conventional electric actuator simply by mounting the device, and the design change of the electric actuator itself becomes unnecessary.

本発明に係る制御装置が適用される電動アクチュエータの実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the electric actuator to which the control apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係る電動アクチュエータの制御装置の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of the control apparatus of the electric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る電動アクチュエータによる全閉可能開度が開度指令値より小さい場合の制御を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows control in case the fully openable opening degree by the electric actuator which concerns on this invention is smaller than opening degree command value. 本発明に係る電動アクチュエータによる全閉可能開度が徐々に大きくなる状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state from which the fully openable opening degree by the electric actuator which concerns on this invention becomes large gradually. 本発明に係る電動アクチュエータによる全閉可能開度が開度指令値より大きい場合の制御を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows control when the fully openable opening degree by the electric actuator which concerns on this invention is larger than opening degree command value. 本発明に係る電動アクチュエータによる手動操作によりバルブが強制的に開動作させれた場合の制御を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows control when a valve is forcedly opened by manual operation by the electric actuator which concerns on this invention. 本発明に係る電動アクチュエータによる制御動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control action by the electric actuator which concerns on this invention.

以下、本発明に係る電動アクチュエータの実施形態を図面を参照して説明する。   Embodiments of an electric actuator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明に適用される電動アクチュエータの実施形態を示したものであり、本発明に係る電動アクチュエータ1は、基台2と、この基台2の上方に所定の空間が確保されるように基台2の上面を被覆するカバー部材3とを備えている。この基台2とカバー部材3とにより電動アクチュエータ1の本体4を構成するものである。また、基台2の上方には、地板5が基台2との間に所定間隙を有するように設置されており、地板5の上面には、例えば、ステッピングモータなどからなる電動モータ6が搭載されている。また、基台2には、図示しない出力軸が配設されており、この基台2と地板5の間には、電動モータ6の回転駆動力を出力軸に伝達するための図示しない歯車伝達機構が収容されている。   FIG. 1 shows an embodiment of an electric actuator applied to the present invention. An electric actuator 1 according to the present invention is designed to ensure a base 2 and a predetermined space above the base 2. And a cover member 3 that covers the upper surface of the base 2. The base 2 and the cover member 3 constitute a main body 4 of the electric actuator 1. Further, a base plate 5 is installed above the base 2 so as to have a predetermined gap with the base 2, and an electric motor 6 made of, for example, a stepping motor is mounted on the top surface of the base plate 5. Has been. The base 2 is provided with an output shaft (not shown), and a gear transmission (not shown) for transmitting the rotational driving force of the electric motor 6 to the output shaft is provided between the base 2 and the base plate 5. The mechanism is housed.

出力軸の上端部には、カバー部材3の上面まで延設された制御軸7が連結されており、制御軸7の外周下方には、出力軸および制御軸7の回転動作によりバルブの全開位置および全閉位置に対応する全開検知カム部材8および全閉検知カム部材9がそれぞれ2つずつ取付けられている。また、地板5の上面であって制御軸7の近傍には、全開検知カム部材8および全閉検知カム部材9によりON・OFF動作されるマイクロスイッチからなる全開位置検出スイッチおよび全閉位置検出スイッチ(いずれも図示せず)がそれぞれ重ねて配置されている。   A control shaft 7 extending to the upper surface of the cover member 3 is connected to the upper end portion of the output shaft. Below the outer periphery of the control shaft 7, the valve is fully opened by rotating the output shaft and the control shaft 7. Two full-open detection cam members 8 and two full-close detection cam members 9 corresponding to the fully closed positions are attached. Further, on the upper surface of the base plate 5, in the vicinity of the control shaft 7, a full-open position detection switch and a full-close position detection switch comprising micro switches that are turned ON / OFF by a full-open detection cam member 8 and a full-close detection cam member 9. (None of them are shown) are arranged one on top of the other.

また、制御軸7の近傍には、開度検出器10(図2参照)が取り付けられており、制御軸7に取り付けられたギアにより回転力が開度検出器10に伝達されてバルブの開度を検出することができるように構成されている。さらに、制御軸7の上端部には、上面が球面とされたバルブの開度インジケータ11が取付けられており、カバー部材3には、開度インジケータを視認するための視認窓12が形成されている。   Further, an opening detector 10 (see FIG. 2) is attached in the vicinity of the control shaft 7, and a rotational force is transmitted to the opening detector 10 by a gear attached to the control shaft 7 to open the valve. The degree can be detected. Further, a valve opening indicator 11 having a spherical upper surface is attached to the upper end portion of the control shaft 7, and a viewing window 12 for visually recognizing the opening indicator is formed on the cover member 3. Yes.

また、基台2の一側下面には、基台2の下面からカバー部材3の側方に沿って上方に延在する制御ケース13が取付けられており、この制御ケース13の内部には、電気二重層キャパシタからなる蓄電装置14が収容されている。さらに、制御ケース13の内部下方には、制御回路基板15が設けられており、制御回路基板15には、制御装置16が搭載されている。この制御ケース13は、基台2に対して着脱自在に形成されており、基台2に設置された電動モータ6や全開位置検出スイッチおよび全閉位置検出スイッチなどの電機部品と、制御ケース13に収容された制御装置16および蓄電装置14とを電気的に接続させることにより、所定動作を行うように構成されている。すなわち、本実施形態においては、従前の電動アクチュエータ1の基台2に制御ケース13を装着することにより、所定の制御を行うことができるものである。   Further, a control case 13 extending upward from the lower surface of the base 2 along the side of the cover member 3 is attached to one lower surface of the base 2, and inside the control case 13, A power storage device 14 made of an electric double layer capacitor is accommodated. Further, a control circuit board 15 is provided below the inside of the control case 13, and a control device 16 is mounted on the control circuit board 15. The control case 13 is formed so as to be detachable with respect to the base 2, and electric parts such as the electric motor 6, the fully open position detection switch and the fully closed position detection switch installed on the base 2, and the control case 13. The control device 16 and the power storage device 14 housed in the battery are electrically connected to perform a predetermined operation. That is, in this embodiment, predetermined control can be performed by attaching the control case 13 to the base 2 of the conventional electric actuator 1.

また、電動アクチュエータ1の基台2の下方には、バタフライバルブ17が装着されている。このバタフライバルブ17は、円筒状のボディ18を備えており、ボディ18の上方には、電動アクチュエータ1の下面に連結されるステム支持部19が一体に形成されている。ステム支持部19の内部には、上端部が電動アクチュエータ1の出力軸に連結されるステム(図示せず)が回転動作自在に挿入されており、ボディ18の内部には、ステムの下端部に連結された弁体としての円板状のジスク20が回転自在に収容されている。   A butterfly valve 17 is mounted below the base 2 of the electric actuator 1. The butterfly valve 17 includes a cylindrical body 18, and a stem support portion 19 connected to the lower surface of the electric actuator 1 is integrally formed above the body 18. A stem (not shown) whose upper end is connected to the output shaft of the electric actuator 1 is rotatably inserted into the stem support portion 19. A disk-shaped disc 20 as a connected valve body is rotatably accommodated.

図2は本発明に係る電動アクチュエータ1の制御装置16の実施形態を示した回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the control device 16 of the electric actuator 1 according to the present invention.

図2に示すように、制御回路基板15に搭載される制御装置16は、制御部22を備えており、制御部22には、電動モータ6の回転駆動制御を行うためのモータ駆動回路23が接続されている。制御部22には、電源供給回路24が接続されており、電源供給回路24は、制御部22に制御部22を動作させるための電源を供給するとともに、蓄電装置14に蓄電させるための電力を供給するように構成されている。   As shown in FIG. 2, the control device 16 mounted on the control circuit board 15 includes a control unit 22, and the control unit 22 has a motor drive circuit 23 for performing rotational drive control of the electric motor 6. It is connected. A power supply circuit 24 is connected to the control unit 22, and the power supply circuit 24 supplies power for operating the control unit 22 to the control unit 22 and also supplies power for storing power in the power storage device 14. It is configured to supply.

また、制御部22には、図示しない制御システムのホスト側から送られるバルブの開度指令値SP1が入力されるものであり、開度検出器10からの開度検出値PVは、制御部22に入力されるように構成されている。   Further, a valve opening command value SP1 sent from the host side of the control system (not shown) is input to the control unit 22, and the opening detection value PV from the opening detector 10 is the control unit 22. It is comprised so that it may be input.

本実施形態においては、制御部22は、ホスト側から送られるバルブの開度指令値SP1に基づいて、開度検出器10から送られる開度検出値に応じてモータ駆動回路23に制御信号を出力し、モータ駆動回路23により電動モータ6の回転駆動制御を行うものである。このとき、本実施形態においては、制御部22は、蓄電装置14の蓄電エネルギ量を計測し、計測された蓄電装置14の蓄電エネルギ量が開度指令値SP1に基づいてバルブの開度位置からバルブを全閉できるだけのエネルギ量を有しているか否か判定し、全閉できるだけのエネルギ量を有していない場合は、バルブを全閉にできる位置を開方向の上限として、バルブ開度位置の制御を行うように構成されている。   In this embodiment, the control unit 22 sends a control signal to the motor drive circuit 23 according to the detected opening value sent from the opening detector 10 based on the opening command value SP1 of the valve sent from the host side. The motor drive circuit 23 controls the rotation drive of the electric motor 6. At this time, in the present embodiment, the control unit 22 measures the amount of stored energy of the power storage device 14, and the measured amount of stored energy of the power storage device 14 is determined from the opening position of the valve based on the opening command value SP1. Determine whether the valve has enough energy to fully close, and if it does not have enough energy to fully close, set the valve opening position as the upper limit of the opening direction. It is comprised so that control may be performed.

すなわち、バルブを全閉にできる開方向動作の上限値を全閉可能開度LMとすると、この全閉可能開度LMは、キャパシタの蓄電エネルギから算出することができる。
ここで、キャパシタの蓄電エネルギ量は、
Qc[c]=C[F]×V[V]・・・(1)
ここで、Qcは蓄えられた電荷、Cはキャパシタ容量、Vはキャパシタ電位である。
電荷Qcは、キャパシタ電位Vに比例することから、キャパシタ電位Vを計測することにより、蓄電エネルギ量を推定することができる。
That is, if the upper limit value of the opening direction operation that can fully close the valve is the fully-closeable opening LM, this fully-closeable opening LM can be calculated from the stored energy of the capacitor.
Here, the amount of energy stored in the capacitor is
Qc [c] = C [F] × V [V] (1)
Here, Qc is a stored charge, C is a capacitor capacity, and V is a capacitor potential.
Since the charge Qc is proportional to the capacitor potential V, the amount of stored energy can be estimated by measuring the capacitor potential V.

このキャパシタ電位Vと全開可能開度が比例関係にあることを述べる。
バルブ開度位置[°]は、動作時間t[秒]と動作速度v[°/秒]で決まり、下記式で表される。
バルブ開度位置[°]=t[秒]×v[°/秒]
ここで、バルブを駆動するのに必要な電荷量QLは、消費電流をILとすると、
QL[c]=IL[A]×t[秒]
ここで、バルブ開度と動作時間の関係を代入すると、
QL[c]=IL[A]×t[秒]=IL[A]×バルブ開度位置[°]/v[°/秒]・・・(2)
It will be described that the capacitor potential V and the fully openable opening have a proportional relationship.
The valve opening position [°] is determined by the operation time t [second] and the operation speed v [° / second] and is represented by the following equation.
Valve opening position [°] = t [seconds] × v [° / second]
Here, the amount of charge QL required to drive the valve is expressed as follows.
QL [c] = IL [A] × t [seconds]
Here, substituting the relationship between the valve opening and the operating time,
QL [c] = IL [A] × t [second] = IL [A] × valve opening position [°] / v [° / second] (2)

バルブを駆動するのに必要な電荷量QLは蓄電装置14に蓄えられる電荷量Qcに等しいか、それ以下である必要がある。QcがQLより小さいとエネルギ不足となるためである。給電のロスなどを考慮し、蓄電量に余裕をみるため、余裕度αとすると、
Qc[c]=αQL[c]
よって、式(1)を左辺、式(2)を左辺に代入すると、
C[F]×V[V]=(α×IL[A]×バルブ開度位置[°])/v[°/秒]
V[V]=(α×IL[A]×バルブ開度位置[°])/(v[°/秒]×C[F])
The amount of charge QL required to drive the valve needs to be equal to or less than the amount of charge Qc stored in the power storage device 14. This is because energy is insufficient when Qc is smaller than QL. Considering the loss of power supply, etc., and taking a margin in the amount of power storage, if the margin is α,
Qc [c] = αQL [c]
Therefore, substituting equation (1) for the left side and equation (2) for the left side,
C [F] × V [V] = (α × IL [A] × valve opening position [°]) / v [° / second]
V [V] = (α × IL [A] × valve opening position [°]) / (v [° / second] × C [F])

ここで、α、IL、v、Cは定数であり、
β=(α×IL[A])/(v[°/秒]×C[F])とおくと、
V[V]=β×バルブ開度位置[°]
となり、キャパシタ電位Vはバルブ開度に比例するといえる。
このときのバルブ開度を全閉可能開度LMと定義すると、
V[V]=β×LM
Where α, IL, v, and C are constants,
If β = (α × IL [A]) / (v [° / second] × C [F]),
V [V] = β × valve opening position [°]
Thus, it can be said that the capacitor potential V is proportional to the valve opening.
If the valve opening at this time is defined as fully openable opening LM,
V [V] = β × LM

よって、全閉可能開度LMは、
全閉可能開度LM[°]=キャパシタ電位V[°]/β
として算出され、キャパシタ電位すなわち、蓄電エネルギ量QCと全閉可能開度LMは比例関係にあるといえる。
Therefore, the fully-closeable opening LM is
Fully closeable opening LM [°] = capacitor potential V [°] / β
It can be said that the capacitor potential, that is, the stored energy amount QC, and the fully-closeable opening degree LM are in a proportional relationship.

このように蓄電エネルギ量を測定することにより、全閉可能開度を算出することができ、このことを利用して蓄電エネルギ量に応じた開度制御を行うものである。   By measuring the amount of stored energy in this way, the fully-closeable opening can be calculated, and this is used to perform opening control according to the amount of stored energy.

具体的には、例えば、図3に示すように、60%の開度指令値に対して蓄電装置14の蓄電エネルギ量から算出した全閉可能開度LMが30%の場合、バルブ開度の開度指令値SP1にかかわらず、30%までの開度に開動作させる。この場合に、開度指令値SP1に対しては少ない開度で開動作させるものであるが、流体を流すことは可能であり、例えば、停電などにより緊急遮断を行う場合でも、確実にバルブの全閉が可能である。そして、図4に示すように、蓄電装置14は、電源供給元からの通電が再開した際、徐々に蓄電エネルギ量が増加していく。そのため、蓄電エネルギ量の増加に伴って全閉可能開度LMは徐々に大きくなり、この全閉可能開度LMに応じてバルブ開度も大きくなるように制御されるものである。このとき、充電速度がバルブの動作速度よりも遅く、全閉可能開度LMはサンプリングされたキャパシタ電位により算出されるため、バルブの開動作速度は、キャパシタ電位のサンプリング間隔に応じて断続的なインチング動作となる。   Specifically, for example, as shown in FIG. 3, when the fully-closeable opening degree LM calculated from the stored energy amount of the power storage device 14 is 30% with respect to the opening degree command value of 60%, the valve opening degree Regardless of the opening command value SP1, the opening is opened up to 30%. In this case, the opening command value SP1 is opened with a small opening, but it is possible to flow a fluid. For example, even when an emergency shutoff is performed due to a power failure or the like, Fully closed is possible. Then, as shown in FIG. 4, when the power storage device 14 resumes energization from the power supply source, the amount of stored energy gradually increases. Therefore, the fully-closeable opening degree LM is gradually increased as the amount of stored energy increases, and the valve opening degree is controlled to increase in accordance with the fully-closeable opening degree LM. At this time, the charging speed is slower than the valve operating speed, and the fully-closeable opening LM is calculated by the sampled capacitor potential. Therefore, the valve opening operating speed is intermittent according to the sampling interval of the capacitor potential. Inching operation is performed.

また、全閉可能開度LMより開度指令値SP1が小さい場合には、図5に示すように、開度指令値SP1に応じてバルブの開度制御が行われる。例外として、緊急遮断後に手動操作により強制的にバルブが開動作された場合があるが、この場合は、復電時に、図6に示すように、手動操作によるバルブの開度位置から全閉可能開度LMまで、閉動作させるものである。   When the opening command value SP1 is smaller than the fully-closeable opening LM, as shown in FIG. 5, valve opening control is performed according to the opening command value SP1. As an exception, there is a case where the valve is forcibly opened by manual operation after an emergency shutdown. In this case, when power is restored, the valve can be fully closed from the opening position of the manual operation as shown in FIG. The closing operation is performed up to the opening LM.

ここで、電動モータ6を駆動する際には、一定の電圧が必要とされる。一方、電気二重層キャパシタはエネルギを消費した分だけ電圧降下するので、キャパシタ単体だけでは定電圧源として使用することができない。そこで、蓄電装置14により電動モータ6を駆動する場合には、電源供給回路24内に設けた定電圧回路を介して一定の電圧値で駆動するようになっている。定電圧回路により電圧値を一定値にするためには、蓄電装置14の蓄電エネルギ量が0ボルトになるまで使用することは困難である。そのため、本実施形態においては、全閉可能開度を算出するための蓄電エネルギ量は、このことを考慮して算出することが好ましい。また、前述の場合、蓄電装置14として電気二重層キャパシタを用いた場合の例を示したものであり、蓄電エネルギ量が0となった場合でも、充放電性能が低下してしまうことはないが、蓄電装置14としてリチウムイオンキャパシタを用いた場合には、蓄電装置14の電圧値が特定の下限電圧を下回ると、定電圧を得ることができず、しかも、下限電圧を下回ると、充放電性能が低下してしまうという問題がある。特に、建築設備として設置されるバルブは、建築中の建築物に設置されることが多く、バルブを設置した後、長期間電源を供給されない場合があるので、リチウムイオンキャパシタの自然放電により下限電圧を下回る可能性がある。そのため、蓄電装置14としてリチウムイオンキャパシタを用いる場合には、乾電池と昇圧回路を用いて、下限電圧を下回らないようにすることが好ましい。   Here, when the electric motor 6 is driven, a constant voltage is required. On the other hand, since the voltage of the electric double layer capacitor drops as much as energy is consumed, the capacitor alone cannot be used as a constant voltage source. Therefore, when the electric motor 6 is driven by the power storage device 14, the electric motor 6 is driven at a constant voltage value via a constant voltage circuit provided in the power supply circuit 24. In order to make the voltage value constant by the constant voltage circuit, it is difficult to use until the amount of energy stored in the power storage device 14 becomes 0 volts. Therefore, in the present embodiment, it is preferable to calculate the stored energy amount for calculating the fully-closeable opening degree in consideration of this. Moreover, in the above-mentioned case, an example in which an electric double layer capacitor is used as the power storage device 14 is shown, and even when the amount of stored energy becomes 0, the charge / discharge performance does not deteriorate. When a lithium ion capacitor is used as the power storage device 14, if the voltage value of the power storage device 14 falls below a specific lower limit voltage, a constant voltage cannot be obtained. There is a problem that will decrease. In particular, bulbs installed as building equipment are often installed in buildings under construction, and there are cases where power is not supplied for a long time after the bulb is installed. May be less than Therefore, when using a lithium ion capacitor as the power storage device 14, it is preferable to use a dry battery and a booster circuit so as not to fall below the lower limit voltage.

次に、本発明に係る電動アクチュエータ1の動作について図7に示すフローチャートを参照して説明する。   Next, the operation of the electric actuator 1 according to the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、制御部22により、蓄電装置14の蓄電エネルギ量を計測し(ST1)、蓄電エネルギ量に基づいてバルブが動作できる時間を算出する(ST2)。このバルブの動作可能時間に基づいて、全閉まで動作できる全閉可能開度LMを算出する(ST3)。そして、開度指令値SP1と、現在のバルブ開度PVを検出し(ST4)、開度指令値SP1と全開可能開度LMとを比較する(ST5)。   First, the control unit 22 measures the amount of stored energy of the power storage device 14 (ST1), and calculates the time during which the valve can operate based on the amount of stored energy (ST2). Based on the valve operable time, a fully-closeable opening LM that can be operated until fully closed is calculated (ST3). Then, the opening command value SP1 and the current valve opening PV are detected (ST4), and the opening command value SP1 and the fully openable opening LM are compared (ST5).

そして、全閉可能開度LMが開度指令値SP1以下の場合は、全閉可能開度LMを開度指令値SP2に置き換える(ST6)。一方、全閉可能開度LMが開度指令値SP1より大きい場合は、開度指令値SP1を開度指令値SP2に置き換える(ST7)。そして、開度指令値SP2と現在のバルブ開度PVとを比較し(ST8)、開度指令値SP2が現在のバルブ開度PVより小さい場合には、バルブを閉動作させる(ST9)。また、開度指令値SP2が現在のバルブ開度PVより大きい場合は、バルブを開動作させる(ST10)。さらに、開度指令値SP2が現在のバルブ開度PVと等しい場合は、バルブの動作を停止させる(ST11)。以上の動作は、緊急時など電源供給が断たれるまで繰り返し行われる。   If the fully-closeable opening LM is equal to or less than the opening command value SP1, the fully-closeable opening LM is replaced with the opening command value SP2 (ST6). On the other hand, if the fully-closeable opening LM is larger than the opening command value SP1, the opening command value SP1 is replaced with the opening command value SP2 (ST7). Then, the opening command value SP2 is compared with the current valve opening PV (ST8), and when the opening command value SP2 is smaller than the current valve opening PV, the valve is closed (ST9). When the opening command value SP2 is larger than the current valve opening PV, the valve is opened (ST10). Further, when the opening command value SP2 is equal to the current valve opening PV, the operation of the valve is stopped (ST11). The above operation is repeated until the power supply is cut off, such as in an emergency.

以上述べたように、本実施形態においては、蓄電装置14の蓄電エネルギ量が開度指令値に基づいてバルブの開度位置からバルブを全閉できるだけのエネルギ量を有しているか否か判定し、全閉できるだけのエネルギ量を有していない場合は、バルブを全閉にできる位置を開方向の上限として、バルブ開度位置の制御を行うようにしているので、停電などの緊急時に蓄電装置14の蓄電エネルギにより、電動モータ6を駆動して確実にバルブを全閉動作させることができる。しかも、蓄電装置14の高電流化などが不要であり、設備コストの低減を図ることができる。また、本体4に制御ケース13を装着するだけで、従前の電動アクチュエータ1を利用して本発明の制御を行うことが可能となり、電動アクチュエータ1自体の設計変更が不要となる。また、蓄電装置の蓄電エネルギ量がバルブが開度指令値に基づいて開度位置から全閉できるだけのエネルギ量を有していない場合であっても、再度の停電などの緊急時にも確実に全閉動作が可能な状態を確保しつつ、電源復帰時には、直ちにバルブの開閉制御をわずかずつでも開始することができ、給水設備などのライフラインの早期復旧を行うことができる。   As described above, in the present embodiment, it is determined whether or not the amount of energy stored in the power storage device 14 has sufficient energy to fully close the valve from the valve opening position based on the opening command value. When the valve does not have enough energy to be fully closed, the valve opening position is controlled with the position where the valve can be fully closed as the upper limit of the opening direction. The electric motor 6 can be driven by the stored energy of 14, and the valve can be reliably fully closed. In addition, it is not necessary to increase the current of the power storage device 14 and the equipment cost can be reduced. Moreover, the control of the present invention can be performed by using the conventional electric actuator 1 only by attaching the control case 13 to the main body 4, and the design change of the electric actuator 1 itself becomes unnecessary. In addition, even if the energy storage energy amount of the power storage device does not have an energy amount that allows the valve to be fully closed from the opening position based on the opening command value, it is ensured that the energy storage device will be fully protected in the event of an emergency such as a power failure. While ensuring a state in which the closing operation is possible, when the power is restored, the valve opening / closing control can be immediately started little by little, and the lifeline such as the water supply facility can be restored early.

なお、前記実施形態においては、制御システムのホスト側から開度指令値が送られる場合について説明したが、電動アクチュエータ1の制御装置16内に保存したプログラムに基づいて、バルブの開度検出値に応じて自動的に開度指令値を付与するいわゆる自律型のシステムから送るようにしてもよい。また、バルブの開度検出値は、バルブの開度検出器から送られる場合の他、ステッピングモータのように電動モータ6の絶対回転位置に応じて、電動アクチュエータの制御装置16内で付与するようにしてもよい。さらに、蓄電装置14の蓄電エネルギ量を判定する場合に、前述の算出式に基づいて判定する場合の他、あらかじめ保存したデータテーブルに基づいて判定するようにしてもよい。   In the above embodiment, the case where the opening command value is sent from the host side of the control system has been described. However, based on the program stored in the control device 16 of the electric actuator 1, the valve opening detection value is set. In response to this, it may be sent from a so-called autonomous system that automatically assigns the opening command value. In addition to the case where the valve opening degree detection value is sent from the valve opening degree detector, the valve opening degree detection value is given in the control device 16 of the electric actuator according to the absolute rotational position of the electric motor 6 like a stepping motor. It may be. Furthermore, when determining the amount of energy stored in the power storage device 14, the determination may be based on a data table stored in advance, in addition to the determination based on the above-described calculation formula.

また、本発明は、ボールバルブやバタフライバルブなどの回転弁の他、他のバルブ例えば、ゲートバルブやニードルバルブなどのリフト弁にも適用することが可能である。   The present invention can also be applied to other valves such as a lift valve such as a gate valve and a needle valve in addition to a rotary valve such as a ball valve and a butterfly valve.

また、前記実施形態において、緊急時にバルブを全閉動作させる場合の制御について説明したが、緊急時にバルブを全開動作させる場合の制御にも適用することが可能である。すなわち、バルブを全閉動作させる場合としては、例えば、空調、給湯、給水用の設備に用いられるバルブを駆動する場合に好適であり、バルブを全開動作させる場合としては、スプリンクラーなどの消防設備に用いられるバルブを駆動する場合に好適である。   Moreover, in the said embodiment, although the control in the case of making a valve fully close in emergency was demonstrated, it is also applicable to the control in the case of making a valve fully open in the case of emergency. That is, when the valve is fully closed, for example, it is suitable for driving a valve used in equipment for air conditioning, hot water supply, and water supply, and when the valve is fully opened, it is suitable for fire equipment such as a sprinkler. This is suitable for driving a valve to be used.

また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the gist of the present invention.

1 電動アクチュエータ
2 基台
3 カバー部材
4 本体
5 地板
6 電動モータ
7 制御軸
10 開度検出器
13 制御ケース
14 蓄電装置
15 制御回路基板
16 制御装置
17 バタフライバルブ
18 ボディ
20 ジスク
22 制御部
23 モータ駆動回路
24 電源供給回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric actuator 2 Base 3 Cover member 4 Main body 5 Ground plate 6 Electric motor 7 Control shaft 10 Opening detector 13 Control case 14 Power storage device 15 Control circuit board 16 Control device 17 Butterfly valve 18 Body 20 Disc 22 Control part 23 Motor drive Circuit 24 Power supply circuit

Claims (3)

開度指令値およびバルブの開度位置に応じて電動モータを回転駆動して前記開度指令値に対応した開度にバルブを開閉制御する制御装置と、
前記電動モータを回転駆動するための電力を供給する蓄電装置と、を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電エネルギ量を計測し、計測された蓄電エネルギ量が開度指令値に基づいて前記バルブの開度位置からバルブを全閉または全開できるだけのエネルギ量を有しているか否か判定し、全閉または全開できるだけのエネルギ量を有していない場合は、バルブを全閉または全開にできる位置を開方向または閉方向の上限位置として、前記バルブ開度位置の制御を行うものであることを特徴とする電動アクチュエータ。
A control device that rotationally drives the electric motor according to the opening command value and the opening position of the valve to control opening and closing of the valve to an opening corresponding to the opening command value;
A power storage device for supplying electric power for rotationally driving the electric motor,
The control device measures the amount of stored energy of the power storage device, and the measured amount of stored energy has an energy amount that can fully close or fully open the valve from the opening position of the valve based on the opening command value. If the amount of energy is not enough to be fully closed or fully opened, the valve opening position is controlled by setting the position where the valve can be fully closed or fully opened as the upper limit position in the opening direction or the closing direction. The electric actuator characterized by performing.
前記蓄電装置は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項1に記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to claim 1, wherein the power storage device is an electric double layer capacitor. 前記電動モータを収容し前記バルブが装着される本体に対して、前記制御装置と前記蓄電装置を収容する制御ケースを着脱自在に設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動アクチュエータ。   The control case for accommodating the control device and the power storage device is detachably provided to a main body that houses the electric motor and the valve is mounted. Electric actuator.
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